10 Выбор марок сталей для строительных конструкций

Выбор марки стали производится на основе вариантного проектирования и технико-экономического анализа в соответствии со СНиП IIII3-81* и зависит от:

- температуры среды, в которой эксплуатируется конструкция;

- характера нагружения;

- вида напряженного состояния;

- способа соединения элементов;

- толщины проката, применяемого в элементах.

В зависимости от условий работы в соответствии со СНиП все конструкции разделены на 4 группы:

- 1 группа. Сварные конструкции либо их элементы, работающие в особо тяжелых условиях или подвергающиеся непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок (подкрановые балки; балки рабочих площадок; элементы оттяжек мачт);

- 2 группа. Сварные конструкции либо их элементы, работающие при статической нагрузке (фермы; ригели рам; балки перекрытий и покрытий; опоры ВЛ и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы) и конструкции и их элементы группы 1 при отсутствии сварных соединений;

- 3 группа. Сварные конструкции либо их элементы, работающие при статической нагрузке (колонны; стойки; опорные плиты; элементы настила перекрытий и другие сжатые и сжато-изгибаемые элементы) и также конструкции и их элементы группы 2 при отсутствии сварных соединений;

- 4 группа. Вспомогательные конструкции зданий и сооружений (связи; элементы фахверка; лестницы; трапы; площадки; ограждения) и также конструкции и их элементы группы 3 при отсутствии сварных соединений.

11 Алюминиевые сплавы

В отдельную категорию выделяют алюминиевые сплавы.

Плотность чистого алюминия в 3 раза меньше плотности стали и составляет 2700кг/м³. Модуль упругости 71000МПа, что опять же в 3 ниже модуля упругости стали. На диаграмме растяжения площадка текучести отсутствует. Алюминий является очень пластичным материалом и его удлинение при разрыве составляет 40-50%. Условный предел текучести алюминия 20-30МПа, а временное сопротивление 60-70МПа. При всех этих недостатках алюминий является коррозионостойким материалом.

Так как прочностные характеристики алюминия очень низкие, то в чистом виде в строительных конструкциях его не используют. Так же как и в стальных сплавах повышения прочности алюминия достигают легированием магнием, марганцем, медью, кремнием, цинком. При этом достигается повышение временного сопротивления в 2-5 раза, но уменьшается пластичность материала в 2-3 раза. Алюминиевые сплавы хорошо свариваются.

В строительстве алюминиевые сплавы в основном применяются в виде листов, труб и профилей. В строительных конструкциях алюминиевые сплавы применяются редко, так как очень дорогие. К достоинствам алюминиевых сплавов можно отнести:

- легкость;

- коррозионостойкость;

- антимагнитность;

- долговечность.

Лекция 3

Основы расчета металлических конструкций

12, 13

3.1Метод расчета металлических конструкций по предельным состояниям

Целью расчета любой конструкции является обеспечение заданных условий эксплуатации и необходимой прочности при минимальном расходе материалов и минимальных затратах труда на изготовление и монтаж конструкций.

Строительные конструкции рассчитывают на силовые и другие воздействия, определяющие их напряженное состояние и деформации, по предельным состояниям.

Метод предельных состояний был разработан в Советском Союзе в 50-е годы XX века. Цель этого метода – не допускать наступления предельных состояний конструкций в процессе заданного периода эксплуатации и при монтаже конструкций.

Предельное состояние – это состояние конструкции при котором конструкция перестает удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при производстве работ.

При расчете конструкций на статические и динамические нагрузки существует 2 группы предельных состояний:

- первая группа – по потере несущей способности или по полной непригодности к эксплуатации конструкций;

- вторая группа – по затруднению нормальной эксплуатации сооружения.

К первой группе относятся:

- общая потеря устойчивости формы;

- потеря устойчивости положения;

- разрушение любого характера;

- переход конструкции в изменяемую систему;

- качественное изменение конфигурации;

- состояния при которых необходимо прекращать эксплуатацию в результате текучести материала, сдвига в соединениях, ползучести, недопустимых перемещений, чрезмерного раскрытия трещин.

Первая группа делится на 2 подгруппы:

- по потере несущей способности (первые 5);

-по непригодности к эксплуатации (6).

Ко второй группе относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию или снижающие долговечность при появлении недопустимых прогибов, углов поворота, колебаний, трещин.

Первая группа рассчитывается на максимальные расчетные нагрузки, вторая на нормативные нагрузки.

Надежность и гарантия от возникновения предельных состояний конструкции обеспечиваются надлежащим учетом возможных наиболее неблагоприятных характеристик материалов; перегрузок и наиболее невыгодного, но реально возможного сочетания нагрузок и воздействий; условий и особенностей действительной работы конструкций и оснований; надлежащим выбором расчетных схем и предпосылок расчета, учетом в необходимых случаях пластических и реологических свойств материалов.

Это условие для первой группы предельных состояний по несущей способности может быть записано в общем виде:

N̅≤S̅,

где N̅ - усилие, действующее в рассчитываемом элементе конструкции (функция нагрузок и других воздействий);

S̅ - предельное усилие, которое может воспринять рассчитываемый элемент (функция физико-механических свойств материала, условий работы и размеров элементов).

Значение N̅ неравенства должно представлять собой наибольшее за это время усилие (воздействие). Это усилие определяется от расчетных нагрузок F_i, представляющих собой возможные наибольшие (при определении несущей способности конструкции при однократно действующей нагрузке) или наиболее часто повторяющиеся нагрузки (при проверке усталости разрушения).